1前言
定量螺旋给料机是螺旋输送机的一种特殊形式,自20世纪90年代引入我国粉洗精制盐生产系统,用此来控制生产线的生产能力,保证生产线的均衡生产,使生产线中的生产设备工作在合理状态,收到了很好的效果。此后,国内的所有粉洗精制盐生产线均采用了该项技术。定量螺旋给料机以其结构简单紧凑、工作可靠、工作环境密闭等特点,受到制盐行业的重视,并可能广泛应用于粮食、建材、化工、冶金等其它行业中。它是传统给料机如圆盘给料机、惯性振动给料机、转轮给料机的一种补充,特别适合于流动性较差的粉状和颗粒状物料的输送。定量螺旋给料机主要应用于三个方面:(1)安装于生产线前,用此来控制生产节拍,使生产线送料均匀,保证生产线均衡生产,避免生产线出现过负荷现象;(2)用于配料过程中,特别是多种原料的自动配料作业;(3)用于流动性差的粉状物料的定量包装机,需要定量螺旋给料机强制给料。
2定量螺旋给料工作原理
由于定量螺旋给料机是螺旋输送机的一种特殊形式,显然它的输送能力与一般的螺旋输送机是相同的,其生产能力如下式所示:
Q=15π(D2-d2)SnφρC    (1)
式中:Q——螺旋给料机的生产能力,t/h;D——螺旋叶片直径,m;d——转动轴直径,m;S——螺距,m;n——螺旋轴的转速,r/min;φ——物料的填充系数;ρ——物料的堆积密度,t/m3;
C——给料机倾角系数。
当某一个螺旋输送机设计完成后,上述参数中螺旋叶片直径D、转动轴直径d、螺距S、螺旋轴的转速n、物料的堆积密度ρ、倾角系数C均为定值,而这些参数只和给料机的结构和物料有关。只有填充系数φ无法保证为恒定值,若使填充系数为一固定值,就变成了定量螺旋给料机了。因此定量螺旋给料机设计的关键是保证填充系数φ为恒定值,设计螺旋给料机以此为理论根据。其结构和组成如图1所示。

物料通过输送设备输送至定量螺旋给料机上方的料仓中(在进料口上方),为保证螺旋始终充满物料,需要料仓中的物料保持足够的容量。电机的动力通过传送机构带动螺旋送料器旋转,料筒内的物料在螺旋叶片的推动下,沿料筒向前做轴向运移,最后从卸料口流出。由于物料本身重力及其对料筒的摩擦力的作用,物料不随螺旋一起旋转,其工作情况类似于不能旋转的螺母沿螺杆作直线运动一样。实际上,在输送过程中物料颗粒的运动由于受旋转螺旋推杆的影响,并非是单纯的直线运动,而是随着螺杆的转动形成一个空间运动。
一般认为当螺旋完全充满物料时,物料填充系数应该达到1,但经过实践证明无法达到,其原因是:(1)由于物料颗粒间具有一定的缝隙,具有可压缩性,物料在螺旋输送过程中受到叶片的挤压,从而使叶片前端靠近叶片的物料受到挤压并压实,叶片后端的物料由于物料的减少形成空隙,螺旋处于不能充满状态;(2)受物料止息角的影响,物料具有一定的滑移性,物料在螺旋中运动时随着螺旋的旋转运动,物料向前滑移,这也影响了物料填充系数不能达到理想的填充系数为1的状态;(3)螺旋筒内的结构件如中间轴、叶片等,也影响填充系数。
定量螺旋的输送能力可通过调整螺旋转速来改变,即通过调整电机转速来满足生产量的变化要求。
3送料过程中的脉动现象
3.1脉动现象分析
研究发现,螺旋机构送料过程中,在一个螺距的送料过程中,会产生物料流量的不均匀现象,我们称为螺旋送料的“脉动现象”,分析其产生原因,主要是受螺旋终止端面的影响。由于在卸料口,螺旋叶片转动到不同的位置时,螺旋与料筒形成的存料空间不同,并且当螺旋的端面运动到不同的位置时,物料受阻挡的情况不同,因此产生了落料的差异。
通过螺旋输送某一物料的试验,分析螺旋输送
的“脉动现象”。其方法是螺旋每转动30°角,测量出流出的物料流量,顺序做出0°～30°,30°～60°,60°～90°,直至整个圆周的物料流量。再计算出每个测量单元的平均值,绘制了落料的柱状图和曲线图如图2、图3所示。

3.2脉动现象的影响
脉动现象将影响给料的均匀性,使生产线上的设备不能均衡生产,特别是当定量螺旋给料机尺寸大、能力大,而生产线生产量小的情况,影响更加明显。另外,如果将定量螺旋给料机用于配料作业,用于定量包装机给料,影响将更大。如果在定量包装机的一个工作循环过程中,定量螺旋给料机旋转次数越少,脉动影响越大,给料误差越大。因此,对于定量包装机和自动配料机,应尽量提高在一个工作循环内的螺旋旋转给料次数。
3.3脉动现象的解决方法
(1)可以将出料口处的螺旋设计成双螺旋,这样就相当于在旋转一个圆周有两次送料机会,使给料次数增加了一倍。同时两个螺旋送料的峰值和谷值可以互补,大大提高了给料的均匀性。

(2)在螺旋卸料出口加一段没有螺旋的空筒,使物料可以在螺旋的推力作用下向前移动,物料从卸料口沿其物料的自然堆积角。但这样需要增加驱动电机的功率,同时对某些物料也不适应。
4结构设计
4.1料仓流型形式的选择
料仓的流型基本上有两种:整体流型料仓(又称全流仓)和中心流型料仓(又称漏斗型料仓或核流仓)。在整体流料仓中,卸料时所有物料均匀向卸料口流动,不存在流动“死区”,料位均匀下降,卸料流动稳定均匀,不会出现管流、喷泻等不稳定流动状态,适用于对物料流动要求稳定的场合。而在中心流料仓中,卸料时只有中心部位的物料向卸料口流动,在该“流动区”以外的部分为流动“死区”。由于“鼠洞”和粘性拱的形成与崩塌,使卸料流动不稳定,甚至会出现喷泻的情况。
因此整体流型料仓是料仓设计的首选类型。对于定量螺旋,选择的料斗为方形的整体流型料仓。
4.2定量螺旋给料机进口几何尺寸设计
设置料仓的目的是为了尽可能保证螺旋内充满物料,保证螺旋给料机输送过程中物料的填充系数基本恒定。为实现这一目的,需要两个条件:一是料仓开口宽度L应当大于一个螺距,如图5所示,图中的L必须大于一个螺距;二是料仓进入螺旋的进口与料筒相交处圆周切线与水平面的夹角θ应大于或等于物料的逆息角θ,以此保证进料口处螺旋的径向可以充满物料。一般将进料口的宽度等于料筒直径。

为保证料仓内充满物料,一般在料仓内安装上下两个料位传感器,料仓内的物料处于低位传感器时,上级供料系统运转,向料仓内供料;当料仓内物料达到高位传感器时,上级供料装置停止供料。这样既不会由于料仓内物料不足产生的填充系数变化,也不会使物料由于受压过大而产生物料容积的变化,保证下料的均匀和稳定。
4.3定量螺旋给料机出料口的位置关系
假如在料筒内没有安装螺旋时,物料按其自然堆积角由进料口流向卸料口,要保证物料不会由卸料口流出,需要进料口到卸料口的料筒具有一个最小距离C,这个最小距离由料筒的直径和物料的安息角来决定。即角A小于物料安息角p(A 由tgA=D/C,C=D/tgA
所以,当C>D/tgp时,可以保证物料不会由卸料口自然的流出。
5结论
1)通过试验证明了螺旋输送过程中脉动现象的存在,进行了初步分析研究,通过在卸料口加双螺旋能大大降低脉动现象。提出了解决脉动现象的方法,并经过验证。
2)对定量螺旋输送机的进出料口的结构和几何尺寸的相互关系进行了初步分析,给出了相关条件。

3)螺旋输送过程中脉动现象的解决,可以应用到流动性较差的粉状和颗粒状物料的给料,可以应用到多品种盐的精确配料和湿盐的自动定量包装,可以推广到其它定量包装及配料行业。
 

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